A foszforheterociklusok szintézise és hasznosítása című T számú OTKA project zárójelentése

Átírás

1 A foszforheterociklusok szintézise és hasznosítása című T számú OTKA project zárójelentése 1.) 5- és 6-tagú foszforheterociklusok szintézise, reakciói és hasznosításuk komplexképzésben A foszfolokhoz kapcsolódó témában visszamenőlegesen megjelent egy review közlemény [1]. A bizonyos aromaticitással rendelkező foszfoljaink körében egy érdekes 1H-foszfol 2H-foszfol szigmatrop átrendeződést figyeltünk meg [2] és tanulmányoztuk a foszfolok reakcióképességét [3]. Foszfol-oxidokból 7-foszfanorbornén-származékokat tettünk hozzáférhetővé [4]. Vizsgáltuk a 2,4,6-trialkilfenil-1H-foszfolok in situ és kipreparálható formában történő komplexálását ródiummal [5,6] és a komplexeket hidroformilezési katalizátorként teszteltük. A 2,5-dihidro-1H-foszfol-oxidok reakcióképességét is tanulmányoztuk [7] és egy kisebb lélegzetű review jelent meg P-heterociklusok témakörében egy konferenciaelőadáshoz kapcsolódóan [8]. Foszfabiciklo[3.1.0]hexánok és 1,2-dihidrofoszfininek ródium- és palládiumkomplexeit tettük hozzáférhetővé [9,10] és hidroformilezések katalizátoraiként teszteltük őket [11]. 1-Aril-1,2,3,4,5,6-hexahidrofoszfinin oxidokat is hozzáférhetővé tettünk [12]. Diasztereoszelektív Michael-reakcióval a 3-as helyzetben foszforfunkciót tartalmazó 1,2,3,6-tetrahidrofoszfinin-oxidokat szintetizáltunk, amelyek csavart-kád koformerjeit újszerű intramolekuláris kölcsönhatások stabilizálják [13]. A megfelelő bisz(foszfinoxid)-származékból kétszeres deoxigénezés, majd komplexálás után egy érdekes cisz kelát-komplexhez jutottunk [14]. A 3-P(O)Z 2 -helyettesített tetrahidrofoszfinin-oxidok katalitikus hidrogénezésével a megfelelő 1,2,3,4,5,6-hexahidrofoszfinin-oxidokhoz jutottunk [15], amelyek térszerkezetét kvantumkémiai számításokkal derítettük fel [16]. A kétszeres foszfinoxid ezesetben is jó alapanyagul szolgált a megfelelő cisz kelát-komplex előállításához [17].

2 2 Review dolgozat jelent meg a különböző telítettségi fokú 6-tagú P- heterociklusokról, amely felölelte a dihidro-, tetrahidro- és hexahidrofoszfininoxidokkal kapcsolatos korábbi munkásságunkat [18]. Új királis P-ligandként P-amino és P-cikloalkoxi dibenzo[c.e][1,2]oxafoszforinokat állítottunk elő [19], amelyeket a megfelelő platina-komplexekké is átalakítottunk [20]. A dibenzooxafoszforin gyűrű felnyitásával 2-PPh 2-2 -hidroxibifenilhez jutottunk, amelyet azután vagy közvetlenül, vagy módosítás után platina-komplexekké alakítottunk [21]. Bíztató előkísérletek történtek a 2,5-dihidro-1H-foszfol oxidok szupramolekuláris képződményeken keresztül megvalósított reszolválására [22]. A munkaterven kívül is történt az OTKA projekthez kapcsolódó kutatómunka. Dr Frank Évával való együttműködésben dioxafoszforino- és oxazafoszforino-esztron származékokat vezettünk be [23,24]. P-heterociklusos egységek nem csak anellációval, hanem szubsztituensként is kapcsolhatók különféle szteroidokhoz [25]. Orosz együttműködő partnerünkkel különféle P-heterociklusos egységet és trifluormetilcsoportot tartalmazó P-ligandokat és azok komplexeit is előállítottuk [26,27]. Kloroprén alapon a dién Európában való hozzáférhetetlensége miatt nem tudtuk a tervezett P-heterociklusokat szintetizálni. 2.) Áthidalt foszforheterociklusok szintézise és fragmentáción keresztül foszforilezésekben való hasznosításuk A korábbi P-etoxi-foszfabiciklo[2.2.2]oktadién alkohol jelenlétében megvalósított fotokémiai fragmentációjával vegyes foszfonátokat tettünk hozzáférhetővé [28]. Különböző, új P-helyettesítőket tartalmazó foszfabiciklooktén-származékok előállításával szélesítettük a foszforilezésekkel hozzáférhetővé tehető foszfinátok körét [29,30]. Másrészt, dihidrofoszfinin-oxidok dimerizációjával újtípusú foszfabiciklooktén-származékokat szintetizáltunk és vizsgáltuk azok fragmentációs tulajdonságait [31]. Tetracianoetilén és 1,2-dihidrofoszfinin-oxidok reakciója nem a várt foszfabiciklookténeket adta, hanem bonyolult triciklusos P-heterociklus képződéséhez vezetett [32]. A korábbi újszerű fragmentációs foszforilezési mechanizmust további bizonyítékokkal támasztottuk alá [29]. Eredményeinket egy felkért review-ban foglaltuk össze [33].

3 3 A foszfabiciklooktadiéneket és foszfabiciklookténeket eredményező dihidrofoszfinin-oxidok és különféle dienofilek közötti reakciókat oldószermentes és mikrohullámú körülmények között is megvalósítottuk. Ily módon a cikloaddíciók sokkal gyorsabbak és hatékonyabbak voltak [34]. Ionos folyadékokban mindezidáig nem tudtuk tesztelni a Diels-Alder reakciókat. Amennyiben lehetőséget kapunk rá, a környezetbarát aspektusokra nagy hangsúlyt tevő következő OTKA pályázatunkban szeretnénk ezzel is foglalkozni. Lengyel együttműködő partnerünkkel kooperációban a 7-foszfanorbornénekből Baeyer-Villiger oxidációval képezhető oxafoszfabiciklo[2.2.2]oktének fragmentációs tulajdonságait tanulmányoztuk [35]. A foszforilezésekben való hasznosításon kívül egy újszerű mechanizmusra is javaslatot tettünk [36]. Korábbi munkánk során 7-foszfanorbornének fotokémiai reakciójával tudtunk alkoholokat foszforilezni, amikor is H-foszfinátok keletkeztek. Azt találtuk, hogy nem szükséges 7-foszfanorbornéneket alkalmazni, ugyanis prekurzorként egyszerű 5-tagú P- heterociklusok is használhatók, ha azok megfelelő gyűrűfeszültséggel rendelkeznek [37]. Kvantumkémiai számításokat és az UV spektroszkópiát is segítségül hívva részletesen tanulmányoztuk a szóbajöhető P-heterociklusok körét [38]. 3.) Egy új típusú inverz Wittig-típusú reakció tanulmányozása A különféle 2,4,6-trialkilfenil-gyűrűs foszfin-oxidok és dimetilacetilén-dikarboxilát inverz Wittig-típusú reakciójában -oxofoszforánok keletkeznek. A teljes lejátszódás 150 C-on két hetet vesz igénybe, ezért mikrohullámú körülmények között is kísérleteztünk. Azt találtuk, hogy ez a megoldás gyors és hatékony átalakítást tesz lehetővé és még egyéb előnyökkel is társul [39]. A reakció mechanizmusát kvantumkémiai számításokkal tanulmányoztuk [40]. A szóbajöhető oxafoszfetén típusú intermedierek külön tanulmány tárgyát képezték. Bizonyítást nyert, hogy az intermedierek instabilitása az antiaromás karakterre vezethető vissza [41]. A -oxofoszforánokat szerkezetbizonyítás céljából kerülő szintézissel is hozzáférhetővé tettük [42]. Másrészt tanulmányoztuk a -oxofoszforánok néhány tipikus és egy esetben szintén szerkezetbizonyító jellegű reakcióját [43]. A fenti témában összegyűlt eredményeinket egy review dolgozatban is publikáltuk [44]. Egy rövid összefoglaló magyar nyelven is megjelent [45].

4 4 A P=S-származékok nem tűntek reakcióképesnek, P=N-vegyületek dimetilacetiléndikarboxiláttal való reakcióját még nem vizsgáltuk. A következő OTKA projekt előkészítéseként irodalmi összeállítást készítettünk a foszfortartalmú ionos folyadékok szintéziséről és alkalmazásáról [46]. Az OTKA kutatáshoz két nemzetközi együttműködés kapcsolódott, az egyik Professor Dr Irina Odinets-szel (Moszkvai Neszmejanov Intézet), a másik Professor Dr Stefan Jankowski-val (Lodzi Műszaki Egyetem). A hazai együttműködők közül Dr Ludányi Krisztina tud. főmts. (SOTE, Gyógyszerész Kar) és Dr Körtvélyesi Tamás docens (Szegedi Egyetem) emelendők ki, akik a tömegspektroszkópiás vizsgálatokat, ill. a kvantumkémiai számításokat végezték. A fenti projekten a témavezetőn kívül egy tudományos munkatársból (korábban Dr Szelke Helga, később Dr Novák Tibor), 3-4 doktoránsból, 8-10 hallgatóból és egy félstátuszú technikusból (Frank Zsuzsanna) álló csapat dolgozott. A tárgyidőszakban 3 PhD fokozat született Forintos Henrietta, Szelke Helga, Kovács János), 4 másik (Sipos Melinda, Kerényi Andrea, Ujj Viktória, Hohmann Emília) készülőben van. Évente átlagosan 3 TDK dolgozat és ugyanennyi diplomamunka is született. Minden évben volt díjnyertes TDK dolgozat, ill. diplomamunka. Két TDK-s (Dudás Eszter és Takács Daniella) kapott jogot arra, hogy az OTDK-n is induljon. Publikációk (az összefoglalásnak megfelelő logikai sorrendben): 1. Keglevich Gy.: Synthesis and reactivity of 1-(2,4,6-trialkylphenyl)phospholes having a flattened P-pyramid, in Targets in Heterocyclic Systems, Attanasi O. A., Spinelli D. Eds.; Italian Society of Chemistry, 2003, Vol. 6, p Keglevich Gy., Farkas R., Imre T., Ludányi K., Szöllősy Á., Tőke L.: 2,4,6- Trialkylphenyl-2H-phospholes from slightly aromatic 1H-phospholes and their use in [4+2] cycloaddition reactions. Heteroatom Chem. 14, 316 (2003). 3. Keglevich, Gy., Farkas, R., Ludányi, K., Kudar, V., Hanusz, M., Simon, K.: New P-ligands; the aromaticity and reactivity of 2,4,6-trialkylphenylphospholes. Heteroatom Chem. 16, 104 (2005). 4. Kovács, J., Balázsdi Szabó, N., Nagy, Z., Ludányi, K., Keglevich, Gy.: New 7- phosphanorbornenes derived from 2-methyl-1-phenyl- and 1-cyclohexyl-3- methyl-2,5-dihydro-1h-phosphole 1-oxides. Heteroatom Chem. 16, 320 (2005).

5 5 5. Keglevich Gy., Kégl T., Chuluunbaatar T., Dajka B., Mátyus P., Balogh B., Kollár L.: Hydroformylation of styrene in the presence of rhodium-2,4,6-trialkylphenylphosphole in situ catalytic systems. J. Mol. Cat. 200, 131 (2003). 6. Odinets I., Körtvélyesi T., Kégl T., Kollár L., Keglevich Gy.: Rh complexes of 1- (2,4,6-triisopropylphenyl-)3-methyl-1H-phosphole; Preparation and use as catalysts in the hydroformylation of styrene. Transit Metal Chem. in press (2007). 7. Kovács J., Keglevich Gy., Kerényi A., Imre T., Ludányi K., Tőke L.: The reaction of dichlorocarbene with phosphine derivatives related on the 2-methyl-1-phenyl- 2,5-dihydro and 2,3,4,5-tetrahydro-1H-phosphole moiety. Heterocyclic Commun. 10, 283 (2004). 8. Keglevich, Gy.: Exciting fields in P-heterocyclic chemistry. J. Heterocyclic Chem. 42, 451 (2005). 9. Odinets, I. L., Vinogradova, N. M., Lyssenko, K. A., Golovanov, D. G., Petrovskii, P. V., Mastryukova, T. A., Szelke, H., Balázsdi Szabó, N., Keglevich, Gy.: Rhodium(III) and palladium(ii) complexes of some P-heterocycles; synthesis and X-ray structures. J. Organomet. Chem. 690, 704 (2005). 10. Odinets, I. L., Vinogradova, N. M., Matveeva, E. V., Golovanov, D. D., Lyssenko, K. A., Keglevich, Gy., Kollár, L., Roeschenthaler, G.-V., Mastryukova, T. A.: Novel functionalised P-ligands: advances and application. J. Organomet. Chem. 690, 2559 (2005). 11. Keglevich Gy., Kégl T., Odinets I. L., Vinogradova N. M., Kollár L.: Carbonylation reactions catalysed by rhodium(iii) and palladium(ii) complexes containing novel phosphine ligands. Compt. Rend. Chimie, 7, 779 (2004). 12. Keglevich Gy., Sipos M., Lengyel D., Forintos H., Körtvélyesi T., Imre T., Tőke L.: Synthesis of 1-aryl-1,2,3,4,5,6-hexahydrophosphinine 1-oxides. Synth. Commun. 34, 4159 (2004). 13. Keglevich Gy., Sipos M., Szieberth D., Nyulászi L., Imre T., Ludányi K., Tőke L.: Weak intramolecular interactions as controlling factors in the diastereoselective formation of 3-phosphinoxido- and 3-phosphono-1,2,3,6-tetrahydrophosphinine 1- oxides. Tetrahedron 6619 (2004). 14. Keglevich Gy., Sipos M., Szieberth D., Petőcz Gy., Kollár L.: 4-Chloro-5-methyl- 3-diphenylphosphino-1-phenyl-1,2,3,6-tetrahydrophosphinine as a bidentate P- ligand in a cis chelate Pt(II) complex. J. Organomet. Chem. 689, 3158 (2004). 15. Keglevich, Gy., Sipos, M., Körtvélyesi, T., Imre, T., Tőke, L.: 1,2,3,4,5,6- Hexahydrophosphinine 1-oxides with an exocyclic P-function at position 3: Diastereoselective synthesis, stereostructure and conformation. Tetrahedron Lett. 46, 1655 (2005). 16. Körtvélyesi, T., Sipos, M., Keglevich, Gy.: A theoretical study on the conformation of 3-phosphinoxido- and 3-phosphono-1,2,3,4,5,6- hexahydrophosphinine 1-oxides. Heteroatom Chem. 16, 520 (2005). 17. Keglevich, Gy., Sipos, M., Ujj, V., Körtvélyesi, T.: Synthesis of 3-phosphinoxidoand 3-phosphono-1,2,3,4,5,6-hexahydrophosphinine oxides as potential precursors of bidentate P-ligands. Letters in Org. Chem. 2, 608 (2005).

6 6 18. Keglevich Gy.: 6-Membered P-heterocycles: 1,2-Dihydro-, 1,2,3,6-tetrahydro- and 1,2,3,4,5,6-hexahydrophosphinine 1-oxides. Current Org. Chem. 10, 93 (2006). 19. Keglevich, Gy., Szelke, H., Kerényi, A., Kudar, V., Hanusz, M., Simon, K., Imre, T., Ludányi, K.: New chiral P-ligands: P-amino- and P-cycloalkoxy dibenzo[c.e][1,2]oxaphosphorines. Tetrahedron Asym. 16, 4015 (2005). 20. Keglevich Gy., Szelke H., Kerényi A., Imre T.: Bis(dibenzo[c.e][1,2]oxaphosphorino-)dichloroplatinum complexes. Transit Metal Chem. 31, 306 (2006). 21. Keglevich Gy., Kerényi A., Szelke H., Ludányi K., Körtvélyesi T.: 2- Diphenylphosphino-2 -hydroxybiphenyl-based P-ligands and their platinum(ii) complexes. J. Organomet. Chem. 691, 5038 (2006). 22. Novák T., Schindler J., Ujj V., Czugler M., Fogassy E., Keglevich Gy.: Resolution of 3-methyl-3-phospholene 1-oxides by molecular complex formation with TADDOL derivatives. Tetrahedron Asym. 17, 2599 (2006). 23. Frank É., Körtvélyesi T., Czugler M., Keglevich Gy.: New steroid-fused P- heterocycles. Part I.: Synthesis and conformational study of dioxaphosphorino[16,17-d]estrone derivatives. Steroids in press (2007). 24. Frank É., Kazi B., Mucsi Z., Ludányi K., Keglevich Gy.: New steroid-fused P- heterocycles. Part II.: Synthesis and conformational study of oxazaphosphorino[16,17-e]estrone derivatives. Steroids in press (2007). 25. Frank É., Schäfer B., Mucsi Z., Keglevich Gy.: Synthesis and conformational study of P-heterocyclic androst-5-ene derivatives. Heteroatom Chem. in press (2007). 26. Odinets I., Kégl T., Sharova E., Artyushin O., Goryunov E., Molchanova G., Lyssenko K., Mastryukova T., Röschenthaler G-V., Keglevich Gy., Kollár L.: Novel -fluorinated cyclic phosphite and phosphinite ligands and their Rhcomplexes as suitable catalyts in hydroformylation. J. Organomet. Chem. 690, 3456 (2005). 27. Artyushin O., Odinets I., Goryunov E., Goryunova I., Fedyanin I., Lyssenko K., Mastryukova T., Röschenthaler G-V., Kégl T., Keglevich Gy., Kollár L.: - Fluorinated cyclic amidophosphite ligands. Their synthesis, Rh complexes and catalytic activity in the hydroformylation of styrene. J. Organomet. Chem. 691, 5547 (2006). 28. Szelke H., Ludányi K., Imre T., Nagy Z., Vékey K., Tőke L., Keglevich Gy.: Efficient synthesis of mixed phosphonates by the fragmentation-related phosphorylation of alcohols applying a 2-phosphabicyclo[2.2.2]octa-5,7-diene 2- oxide precursor. Synth. Commun. 34, 4171 (2004). 29 Keglevich Gy., Szelke H., Bálint Á., Imre T., Ludányi K., Nagy Z., Hanusz M., Simon K., Harmat V., Tőke L.: Fragmentation-related phosphinylations using 2- aryl-2-phosphabicyclo[2.2.2]oct-5-ene- and -octa-5,7-diene-2-oxides. Heteroatom Chem. 14, 443 (2003).

7 7 30. Szelke, H., Bálint, Á., Király, E, Ludányi, K., Kovács, J., Keglevich, Gy.: 2-Ethyl- 2-phosphabicyclo[2.2.2]oct-7-ene derivatives; Synthesis and use in fragmentationrelated phosphorylations. Heteroatom Chem. 16, 196 (2005). 31. Keglevich Gy., Kovács J., Körtvélyesi T., Parlagh Gy., Imre T., Ludányi K., Hegedűs L., Hanusz M., Simon K., Márton A., Marosi Gy., Tőke L.: Novel 2- phosphabicyclo[2.2.2]oct-5-ene derivatives and their use in phosphinylations. Heteroatom Chem. 15, 97 (2004). 32. Kovács J., Imre T., Ludányi K., Tőke L., Keglevich Gy.: Efficient synthesis of 2,8- diphosphatricyclo[ ,6 ]dodeca-3,5,9-triene 2,8-dioxides. Synth. Commun. 34, 1033 (2004). 33. Keglevich Gy., Szelke H., Kovács J.: Fragmentation-related phosphinylation and phosphonylation of nucleophiles utilising the bridging P-unit of 2- phosphabicyclo oct-5-ene derivatives. Current Org. Synth. 1, 377 (2004). 34. Keglevich Gy., Dudás E.: Microwave promoted efficient synthesis of 2- phosphabicyclo[2.2.2]octadiene- and octene 2-oxides under solventless conditions in Diels-Alder reaction. Synth. Commun. in press (2007). 35. Jankowski, S., Keglevich Gy., Nonas, T., Forintos H., Glowka, M., Rudzinski, J.: Aryl-2,3-oxaphosphabicyclo[2.2.2]octene derivatives the precursors of oxoarylphosphine oxides (aryl metaphosphonates). Tetrahedron, 60, 2789 (2004). 36. Jankowski S., Kovács J., Huben K., Blaszczyk M., Główka M., Keglevich Gy.: Regioselective formation of a 2,3-oxaphosphabicyclo[2.2.2]octene 3-oxide in Baeyer-Villiger type oxidation; a dual pathway for its fragmentation. Heteroatom Chem. 17, 369 (2006). 37. Szelke, H., Kovács, J., Keglevich, Gy.: Synthesis of H-phosphinates by the UV light mediated fragmentation-related phosphorylation using simple P- heterocycles. Synth. Commun. 35, 2927 (2005). 38. Keglevich Gy., Kovács J., Szelke H., Körtvélyesi T.: A study on the ability of 2,5- dihydro- and 2,3,4,5-tetrahydro-1H-phosphole oxides, as well as 7- phosphanorbornene 7-oxide derivatives to undergo UV light-mediated fragmentation-related phosphinylation of methanol. J. Heterocyclic Chem. 43, 723 (2006). 39. Keglevich Gy., Dudás E., Sipos M., Lengyel D., Ludányi K.: Efficient synthesis of cyclic -oxophosphoranes by the microwave-assisted reaction of cyclic phosphine oxides and dialkyl acetylenedicarboxylate. Synthesis, 1365 (2006). 40. Keglevich, Gy., Körtvélyesi, T., Ujvári, A., Dudás, E.: A quantum chemical study on the reaction of 1-aryl-1,2-dihydrophosphinine oxides with dimethyl acetylenedicarboxylate. J. Organomet. Chem. 690, 2497 (2005). 41. Mucsi Z., Körtvélyesi T., Viskolcz B., Csizmadia I. G., Novák T., Keglevich Gy.: Can four member heterophosphete structures exist? Heterogen hetero antiaromaticity as a destabilizing effect. Eur. J. Org. Chem. in press (2007). 42. Keglevich, Gy., Forintos, H., Ujvári, A., Ludányi, K., Bitter, I., Tőke, L.: Generation and utilisation of P-cyclic -methoxycarbonylmethylenephosphoranes. J. Chem. Res. 215 (2005).

8 8 43. Keglevich Gy., Forintos H., Ujvári A., Imre T., Ludányi K., Nagy Z., Tőke L.: Reactions of -oxo-, -bis(alkoxycarbonyl)phosphonium ylides based on P- heterocycles. J. Chem. Res. 432 (2004). 44. Keglevich Gy., Forintos H., Körtvélyesi T.: Synthesis and reactions of - oxophosphoranes/ylides containing a cyclic or acyclic P-moiety. Current Org. Chem. 8, 1245 (2004). 45. Keglevich Gy., Forintos H., Szelke H., Kovács J., Körtvélyesi T.: [4+2] vs [2+2] cikloaddíciók a foszforheterociklusok körében. Magy. Kém. Folyóirat 109/110, 37 (2004). 46. Keglevich Gy., Baán Z., Hermecz I., Novák, T., Odinets I. L.: The phosphorus aspects of green chemistry: the use of quaternary phosphonium salts and 1,3- dialkylimidazolium hexafluorophosphates in organic synthesis. Current. Org. Chem. in press (2007).